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第1章 计算机系统概述
*1.1 计算机发展历程
1.2 计算机系统层次结构
P3 硬件系统
硬件是指有形的物理设备，是计算机系统中实际物理装置的总称
冯诺依曼机的特点
采用“存储程序”的工作方式
计算机硬件系统由运算器，存储器，控制器，输入设备，输出设备五大部件组成
指令和数据以同等地位存储在存储器中，形式上没有区别，但计算机能区分它们
指令和数据均用二进制代码表示。指令由操作码和地址码组成
“存储程序”的基本思想
计算机的功能部件
输入设备
举例
键盘
鼠标
扫描仪
摄像机
输出设备
显示器
打印机
输入/输出设备（I/O系统）
存储器
辅助存储器（外存储器）
辅助存储器中的信息必须调入存后才能为CPU访问
主存储器（内存储器）
CPU能够直接访问的存储器是主存储器
存储体
存放二进制信息
地址寄存器（MAR）
位数对应着存储单元的个数，与PC长度相等
存放访存地址，用于寻址
数据寄存器（MDR）
MDR位数与存储字长相等
暂时存放要从存储器中读或写的信息
在现代计算机中属于CPU
时序控制逻辑
产生存储操作所需的各种时序信号
运算器
组成
核心：算数逻辑单元（ALU）
通用寄存器
累加器（ACC）
乘商寄存器（MQ）
操作数寄存器（X）
必须具备
变址寄存器（IX）
基址寄存器（BR）
程序状态寄存器（PSW）（标志寄存器）
功能：进行算数运算和逻辑运算
算数运算
加
减
乘
除
逻辑运算
与
或
非
异或
比较
移位
控制器
程序计数器（PC）
指令寄存器（IR）
控制单元（CU）
功能：指挥各部件自动协调地工作
将运算器和控制器集成在同一个芯片上，称为中央处理器（CPU）
P5 软件系统
软件是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档
按功能分类
系统软件
系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。
操作系统（OS）
数据库管理系统（DBMS）
语言处理程序
分布式软件系统
网络软件系统
标准库程序
服务性程序
应用软件
三个级别的语言
1.机器语言
又称二进制代码语言
计算机唯一可以直接识别的语言
2.汇编语言
汇编语言使用英文单词或其缩写代替二进制代码，更容易为人们理解
必须经过汇编程序（一种系统软件）的翻译，转化为机器语言后才能在计算机上执行
3.高级语言
方便程序员书写
必须通过编译程序编译或解释程序翻译成机器指令
举例：C， C++，JAVA等
软硬件逻辑功能等价性
同一功能软硬件都可以实现
硬件实现的性能优于软件实现的性能
P5 计算机系统的层次结构
P6 计算机系统的工作原理
1.“存储程序”的工作方式
“存储程序”工作方式规定，程序执行前，需要将程序所含的 指令和数据送入主存，一旦程序被启动执行，就无须操作人员的干 预，自动逐条完成指令的取出和执行任务
2.从源程序到可执行文件
1.预处理阶段
2.编译阶段
3.汇编阶段
4.链接阶段
3.程序执行过程的描述
4.指令执行过程的描述
计算机的性能指标
1.字长
计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据位数，通常选定字节的整数倍
2.数据通路带宽
总线一次所能并行传送信息的位数
3.主存容量
主存储器所能存储的最大容量，可以用字节衡量，也可以用字数×字长
4.运算速度
吞吐量
单位时间内处理请求数量
响应时间
从用户向计算机发送一个请求，到系统对该请求响应并获得结果的等待时间
主频
每秒多少个时钟周期，比如1.8GHz
CPU时钟周期
主频的倒数
CPI（Clock cycle Per Instruftion）
执行一条指令需要的时钟周期数
CPU执行时间
运行一个程序花费的时间
MIPS
每秒执行多少百万条指令
MFLOPS，GFLOPS，PFLOPS，EFLOPS，ZFLOPS
每秒执行多少百万，十亿，万亿...次浮点运算
5.基准程序
比如鲁大师跑分，用来反映计算机性能
得到的结果会因为机器和代码执行的原因，并不完全准确
几个术语
系列机
具有基本相同的体系结构，使用相同基本指令系统的多个不同型号的计算机组 成的一个产品系列
兼容
指软件或硬件的通用型
软件可移植性
软件在另一个系列计算机中直接或进行很少修改就能运行的可能性
固件
将程序固化在ROM中组成的部件称为固件
翻译程序
汇编程序（汇编器）
汇编语言程序—＞机器语言程序
解释程序（解释器）
比较慢，不生成目标文件
源程序语句逐行顺序翻译成机器指令并执行
编译程序（编译器）
高级语言程序—＞汇编/机器语言程序
CPU和主存储器共同构成主机，两者通过一组总线相连
总线
地址总线
控制总线
读/写信号线，指出数据流向
数据总线
中心主题
